河南大学综述植物中相分离的研究进展学术资讯

如何协调不同组分在正确的时间和空间上聚集以进行各种生化反应是细胞面临的一大挑战。为了实现时空控制，细胞进化出了由膜包围的细胞器，如叶绿体、线粒体、内质网、细胞核等。除此以外，科学家还发现了一类无膜包裹的细胞器，如细胞内的nuclear speckles、cajal bodies、DNA damage foci、stress granule等，这类细胞器的物理化学本质、形成机制及其生理功能一直困扰大家。直到2009年Hyman和Brangwynne在Science报道了压力下线虫P granules的反应不像固体反而会像液体一样沿着表面流动并滴落的现象，并提出细胞可以通过“相分离”将特定的生物大分子以一定的秩序聚集起来，从而为无膜细胞器的形成提供了全新的思路。近年来相分离研究已经成为生命科学领域的一大热点，并被Science评为2018年十大科学突破之一。越来越多的证据表明，相分离与很多重要的基础生命活动密切相关，在基因表达调控、细胞分裂、信号转导、胁迫响应、细胞骨架、超分子组装等方面发挥了重要的生物学功能。细胞内的相分离是细胞区室化以在特定的空间中行驶特定功能的普遍机制，错误的相分离可能会导致衰老、癌症以及神经退行性疾病。然而有关相分离的功能研究集中于动物和酵母体系，植物相分离的功能研究正不断取得突破性进展。

JIPB近日在线发表了河南大学题为“Phase separation in plants: new insights into cellular compartmentalization”（https://doi.org/10.1111/jipb.13152）的综述论文。该论文首先介绍了相分离的基本概念，相分离的形式，以及判断生物大分子发生相分离的标准。其次，论文综述了蛋白质发生相分离的分子决定因素及其调控机制。接下来论文重点讨论了相分离参与的植物特有的生物学过程，主要包括以下几个方面：(1)光合作用CO2浓缩机制；(2)光信号的感知和信号转导；(3)细胞内蛋白分选与转运；(4)响应温度和昼夜节律；(5)感知水势变化调控种子萌发；(6)干细胞命运决定；(7)花粉细胞壁形态的形成；(8)水杨酸、生长素等激素信号转导。最后，论文强调了相分离是细胞区室化的一种保守和有效的机制，它可以对不同的代谢过程和信号通路进行精确的时空调控，特别有利于植物这种固着生物快速有效地感知并响应周围环境的变化。同时，论文提出了相分离研究领域需要解决的问题，并对未来研究方向提出展望。